TD-SCDMA/TD-LTE内部干扰分析仪的设计



TD-SCDMA/TD-LTE内部干扰分析仪的设计

陈捷

（中国移动通信集团云南有限公司红河分公司，蒙自 661100）

摘 要TD-SCDMA和TD-LTE是中国移动战略布局3G/4G网络采用的标准制式，TD网络建设与维护的一项重要指标就是降低干扰、优化覆盖。因此开发一种便携式的TD-SCDMA/TD-LTE内部干扰测试仪有助于准确评估深度覆盖质量，有力支撑网络规划，具有一定的市场与实用价值。

关键词TD-SCDMA; TD-LTE；干扰分析仪

TD-SCDMA和TD-LTE是中国移动布局3G/4G网络采用的标准制式，降低干扰、优化覆盖一直是网络建设与维护的一个重要目标，TD-SCDMA系统内干扰主要源于频点和扰码间干扰，TD-LTE系统内则主要是Mod 3干扰。本文针对TD-SCDMA/TD-LTE网络特有的系统内干扰，提出了一种多模干扰分析仪的设计方案，为日常优化工作做出了有益的探索。

1　技术背景

在TD-SCDMA物理层基本处理过程中，扰码用于对信道中的数据部分进行加扰，以便用户在接收到业

Research and test on the scheme of high-speed rail TD-LTE networking coverage

LIU Fang-sen, LI Shou-peng, LI Fang-cun, YANG Chuan-xiang

(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Shandong Branch, Ji'nan 250101, China)

Abstract Based on the high-speed rail TD-LTE networking coverage, this paper analyses the elements which effect on TD-LTE system. The paper gives the solutions to serve the high-speed rail coverage problems: doppler shift, frequency switch, high penetration loss. The main solution is that frequency offset compensation to overcome the doppler frequency shift, reasonable layout of the site to overcome the high penetration loss, multi cyclic prefi x to overcome frequent switching. Finally, high-speed rail network test based on the 9:3:2 special time slot allocation to improve the download rate.

Keywords doppler shift; penetration loss; multi cyclic prefi x; 9:3:2 time slot allocations务数据时区分小区，避免小区间干扰。TD-SCDMA系统中共有128个扰码（0～127），目前一般采用12扰码组的分组方式，为相邻小区分配的扰码对必须在不同码组中，同时由于不同扰码组间互相关性最大值存在大小差异，如果相邻小区的扰码所在的码组间有较强的互相关性，会导致较大的小区间干扰，所以在网络规划时还须尽量避免该情况出现。

TD-LTE系统采用同频组网，下行RS （Reference Signal）用于下行信道质量测量与下行信道估计，一个参考信号占用一个RE（资源粒子），目前TD-LTE宏站小区一般采用两天线端口配置，RS在频谱上的映射位置由PCI决定，TD-LTE系统为每个小区分配一个PCI码，PCI Mod 3不等时，可实现RS映射位置在子载波频率上错开，即网络空载下，RS信号相当于N=3的异频组网，可有效降低小区间RS相互干扰，反之，如果相邻小区PCI Mod 3相同，RS位置一样，邻区间RS干扰会导致数据吞吐量下降，传输时延增大。

目前，市场上主流测试设备的设计在覆盖方面侧重于对信号强度、质量指标的测量与呈现，对于TD系统内干扰，如频点、扰码、Mod 3干扰分析能力并不强。例如TD-SCDMA路测，常规路测设备仅能在UARFCN邻区列表简单呈现主服务/相邻小区的频点、扰码与PCCPCH_RSCP值信息，并不能计算出邻区对主服务小区的频点、扰码干扰，也不能轮询所有可能配置，计算、比较可能干扰值大小，推荐出最佳频点扰码组合。同样对于TD-LTE系统，常规路测设备的邻区列表界面中显示测量到的主服务/相邻小区的RSRP、RSRQ值，不能计算出现网当前信号强度和PCI码分配情况下，邻区对主服务小区的Mod 3干扰，也不能基于现有与可能配置组合的计算结果，推荐预优化区域内多个站点的最佳PCI码分配方案。因此现网中基于道路测试对频点、扰码或PCI的调整效果很难评估，优化方法及支撑数据非常有限，以致出现针对目标路段进行调整后干扰恶化或周边区域出现次生干扰的情况。

随着运营商做深做厚TD-SCDMA和TD-LTE网络的覆盖，网优工作的要求也日趋精细化、复杂化，为了快捷、准确的评估深度覆盖网络质量，做好无线网优化，有必要开发一种便携式的TD-SCDMA/TD-LTE内部干扰测试仪，以便能够在外场测试中现场采集、分析信号数据，根据测试原始数据，快速计算TD现网系统内频点、扰码、Mod 3干扰值，并基于现有与可能的所有配置组合，计算、比较干扰值大小，从而选出合理的配置方案推荐给优化人员参考，为小区配置参数的规划与调整提供有力的数据支撑。

2　系统设计

2.1 松耦合模块化

该仪器采用松耦合的模块化设计，系统架构如图1所示，下文就各模块的设计方案进行详细介绍。

2.1.1 无线通信模块

无线通信模块由芯片平台、射频前端和天线3大部分构成。芯片平台包括基带芯片、射频芯片、多核CPU芯片、电源管理芯片等，射频前端包括声表面波（SAW，Surface Acoustic Wave）滤波器、双工器、低通滤波器、开关等器件。

现有技术中已有高度集成的多核CPU设计方案，独立或集成的基带处理芯片负责GSM/TD-SCDMA/TD-LTE系统物理层算法及高层协议的处理；射频芯片负责射频信号和基带信号之间的相互转换。

图1　TD-SCDMA/TD-LTE干扰分析仪体系结构框图

射频前端的SAW滤波器负责TDD系统接收通道的射频信号滤波；双工器负责FDD系统的双工切换以及接收/发送通道的射频信号滤波；功放负责发射通道的射频信号放大；开关负责接收通道和发射通道之间的相互转换。

天线系统则负责射频信号和电磁信号之间的互相转换，现网TD-LTE系统的基本配置是DL 2×2和UL 1×2，故模块中天线配置为1发2收。

2.1.2 数据采集模块

数据采集模块连接在无线通信模块、GPS模块与主控模块间用双口RAM建立消息缓冲区，存储区域的设计如图2所示。

图2　数据采集模块架构图

G区域：用于存放全局变量、全局配置等信息。

TI/RI区域：TI区用于传送主控CPU向无线通信模块和GPS模块发送的中断指令，由主控模块写入，功能模块执行完中断后清0，RI区则相反。TI/RI区指令采用“中断指令+附加信息码”结构，命令码用于解释中断发出的原因，附加信息用于进一步确定中断含义，包含“起始地址”存放需要发送数据的起始偏移地址，“消息长度”存放需要发送信令消息的长度。

TD/RD区：TD区存放主控模块向无线通信模块发送的数据，RD区则存放无线通信模块向主控模块发送的数据。两区域存放结构S设计为“R位+帧数据”。R位标识若被置为1，表示该帧数据可以发送了，主控/无线通信模块接收帧数据后将R位置0。

GPS区域：存放GPS模块向主控模块发送的GPS数据，存放结构、工作方式与TD/RD区相同。

各模块可以随时向双口RAM存储单元读写数据，进程间相互独立，不需相互等待。

2.1.3 消息解码模块

具体包括TD-SCDMA/TD-LTE空口和GPS数据解析模块，通过消息数据解码动态链接库对接收到的消息解码。解码函数写在动态链接库中，各动态链接库函数编写完成后，解码模块中的各个动态链接库共同合成消息解码模块，通过主控程序调用此动态链接库达到解码功能，消息数据解码后按规定格式输出。

2.1.4 统计分析模块

根据解码消息提供的小区测量参数，通过消息统计分析动态链接库计算现有配置下的邻区干扰情况，并通过轮询算法估算所有可能配置方案的干扰值大小，选择其中最小干扰值的参数配置方案推荐给用户。

对TD-SCDMA网络统计分析步骤如下：

步骤1：若A小区为需要进行干扰测量和参数调整的目标小区，首先需要划定范围，即将A小区的主覆盖区域划为优化区域，并划定周围的1～2层小区为保护带区域。

步骤2：在A小区主覆盖范围内进行遍历性拉网测试，测试过程中需注意重复率、渗透率、车速有一定要求：一般路测要求重复率小于30%，指100 km重复路线不超30 km；渗透率需达到85%以上；车速保持在20～30 km/h。

步骤3：计算保护带内邻小区与A小区的相关性干扰，计算方式如下：

其中：S(A)为周边邻区对服务小区A产生的干扰值之和，Bi为A的周边邻区，Xi为Bi与A小区扰码间的相关系数，P(A,Bi)指A作为服务小区样本点中，Bi出现的与A小区差值小区6 dB（或9 dB，可设置）的样本点比例，取值范围（0,1）。

步骤4：频点扰码优化。保护带内邻小区的频点扰码不变，对于A小区先进行频点规划、再进行扰码规划。

频点选择：错开强相关性小区的频点，即错开P(A,Bi)高的Bi的主频点，Bi范围可按需要设置为3～6个。现网中，若某一区域测量到有3个及以上的主频点信号强度差值在6 dB内，即视为超重叠覆盖，即需进行优化调整。

扰码推荐：由于Bi作为保护带，其频点、扰码不变，故可轮询12扰码组为A小区扰码赋值，得到12个Xi值，依次代入步骤3公式中遍历计算出Si(A)，将Si(A)中最小值对应的扰码组推荐给用户。

若需对多个小区进行干扰分析和参数规划，则采用基因算法对步骤3进行迭代计算。即完成步骤1、2的路测后，首先将A1作为目标区域，经步骤3、4计算得到A1小区的最优频点扰码配置，该参数配置固定下来，作为保护带参数代入A2小区的计算中，同理计算出所有目标小区的参数配置。

TD-LTE系统是同频组网，故只需考虑PCI的规划，同站的一个小区若需要进行PCI修改，另外两个小区亦需要随之修改，其分析步骤如下。

步骤1：若A1小区为需要进行测量干扰值与进行调整的小区的话，需要首先将A站主覆盖区域作为优化区域，并划定周围的1～2层小区为保护带。

步骤2：在A站覆盖范围内进行遍历性拉网测试，测试过程中需注意重复率、渗透率、车速有一定要求：一般路测要求重复率小于30%，指100 km重复路线不超30 km；渗透率需达到85%以上；车速保持在20～30 km/h。

步骤3：计算保护带内邻小区与A1小区的相关性干扰，计算方式如下：

其中：Bi是A1的Mod 3值相同邻小区，S(A1)为周边Mod 3邻区对服务小区A1产生的Mod 3干扰值，P(A1,Bi)指A1作为服务小区样本点中，Bi出现的与A小区差值小区6 dB（或9 dB，可设置）的样本点比例，取值范围（0,1）。

步骤4：遍历性计算最小Mod 3干扰的PCI配置方案。

单站干扰的计算公式如下：

如表1中按方案1～6遍历性计算S(A)最小值，选择最小干扰值的PCI分配方案推荐给用户。

当优化区域内有n个基站（假设都为3小区的宏站，小区数为3 n）时通过遍历计算方式得到的优化方案为6 n个。由于计算量以级数增长，所以建议每次选择优化区域不宜过大，基站数量不宜过多。

2.1.5 其它模块

GPS模块：负责GPS定位与GPS同步功能，GPS定位指采集经纬度、海拔高度等位置信息；GPS同步则是通过GPS卫星获得本地精确时钟信息，完成设备时钟同GPS时钟同步。

数据存储模块：将采集到的消息数据转化为LOG文件保存到磁盘上，便于事后数据回放离线分析。

主控模块：实现人机对话的窗口，是对其它功能模块的控制实体。主控模块根据用户的操作指令调用其它功能模块进行业务测试，完成各线程的调度，如无线参数与信令采集，消息数据的管理，消息解码、统计、分析处理，数据存储等，最后将运算结果通过显示进程反馈给用户。

2.2 多线程调度

表1　遍历性计算MOD3干扰方案例表

为了最大限度的减少信令信号在实时解码、界面展示、统计分析并行时和系统可能出现的性能瓶颈问题，本发明采取多线程结构来实现干扰分析仪各模块之间的协作关系，主要线程包括数据采集线程、数据存盘线程、消息解码线程、统计分析线程和结果显示线程，各线程之间的关系如图3所示。

2.2.1 数据采集线程

数据采集线程负责从测试硬件接收数据，并把接收到的消息数据以“SD-PDU数据部分+首信元头部+时间标签+消息长度”格式存放到消息缓冲区。为了在高速率时分组不丢失，该线程设置为高优先级。

其中“消息长度”字段表示“SD-PDU数据部分”加上“首信元头部”的长度，单位为字节；“时间标签”表示收到消息的时间，精确到毫秒；“SDPDU数据部分”表示收到的实际信令消息数据，存储的是字节数。

2.2.2 消息解码线程

解码线程解出原始信令消息中的消息编号、偏移地址、时间标签、经纬度与小区测量参数，存入解码结果缓冲区，解码后的数据格式如图4所示，图中的数字表示该字段所占的字节数，其中小区测量参数又包含小区编号、CI、频点、CPI/PCI、电平值等信息，规定如下。

图3　多线程关系图

（1）小区编号：1代表服务小区，2-N代表邻小区。

（2）频点：目前现网TDSCDMA系统频点集合由A频段(2010～2025 MHz)的9频点(若经过频点压缩，则是10频点)和F频段(1900～1915 MHz)6频点组成。目前TD-LTE现网频点有F频段(1880～ 1900 MHz)，D频段和E频段。

（3）PCI/CPI：该项中TD-SCDMA系统对应的是扰码，取值范围0～127，TD-LTE系统对应的则是PCI码，取值范围在0～503。

（4）电平值：该项中TD-SCDMA系统对应的是主频点接收信号码功率(PCCPCH RSCP，PCCPCH Received Signal Code Power)，TD-LTE系统对应的则是参考信号接收功率(RSRP，Reference Signal Receiving Power)。

2.2.3 统计分析与显示线程

统计分析线程根据解码后的小区测量参数，通过统计分析动态链接库计算出现有配置的干扰值，并通过轮询算法估算所有可能配置方案的干扰值大小，选择其中最小干扰值的参数配置方案推荐给用户。

图4　解码消息结构

界面显示线程负责通过事件触发方式通知主程序显示统计分析结果，首先判断当前有没有上报的统计消息，有则将统计结果发送至主程序界面显示。

2.2.4 数据存储线程

数据存储线程负责在后台把消息大缓冲区中的原始消息数据以LOG文件的形式存储在磁盘中，以便减少测试时的系统内存消耗，也为事后LOG回放和离线分析提供数据依据。由于磁盘操作相对于内存操作反应速度较慢，比较耗时，故采取后台线程，即在后台完成信令消息数据的存盘。由于干扰分析仪要保证能够在连续现场测试中，完整采集大量的信号参数消息数据，如果都放在内存中，势必对系统性能造成影响。

2.2.5 线程的同步

由于采取多线程结构，就必然考虑到线程同步问题，即各个线程何时被调度以及何时挂起。

（1）当数据采集线程向原始消息缓冲区写消息数据时，由于写入消息不完整，不应该参与统计，此时不能启动统计分析进程，而应将其挂起。要参与统计的数据必须是一条完整的消息，当消息缓冲区有完整消息时，就以事件触发的方式激活统计分析线程。

（2）当统计分析线程把计算结果输入统计结果缓冲区中时，由于统计数据不完整，不应该被显示出来，此时挂起界面显示线程。待统计结果缓冲区中有完整消息后，以事件触发方式激活界面显示线程，向用户呈现统计消息。

（3）数据存储线程在把消息数据存储到磁盘时，应该保证存储的每条消息都是完整的，这就需要在原始消息缓冲区写入消息不完整时，挂起数据存储线程，消息数据完整后再激活数据存储线程。同时还需保证没有存盘的消息不能被新消息覆盖。为了良好的可扩展性，粗解码和界面显示需相互独立，详细解码线程的调用则在测试后的LOG数据离线分析中，根据用户需求进行调度。

3　结束语

4G时代网络覆盖的优劣决定网络质量与用户感知，降低干扰是覆盖优化的关键与难点所在，开发本文所述稳定高效的多模干扰分析仪，有助于更好的估算干扰，评测无线环境，有利于进一步提升前台的支撑和维护水平。

参考文献

[1]候优优，隋延峰. 基于小区相关性的PCI优化方法研究[J]. 电信工程技术与标准化, 2013(3).

[2]张玉胜, 陈欣伟, 高屹, 等. TD-SCDMA网络设计、评估及优化实践[M].北京:北京邮电大学出版社,2012.

[3]邓江, 彭大芹. LTE终端随机接入过程研究及设计[J]. 广东通信技术, 2010,04.

[4]张奇志. 双端口RAM在单片机系统中的应用[D]. 西安: 西安石油学院, 2000.

Design on TD-SCDMA/TD-LTE internal interference analyzer

CHEN Jie

(China Mobile Group Yunnan Co., Ltd. Honghe Branch, Mengzi 661100, China)

Abstract TD-SCDMA and TD-LTE were the standards, which were adopted in layout of 3G/4G network by CMCC. Suppressing interference was an important index of TD networks construction and maintenance. Consequently, developing a TD-SCDMA/TD-LTE internal interference analyzer, whitch can evaluate the quality of coverage accurately, was able to support network optimization powerfully, had a great market and practical value.

Keywords TD-SCDMA; TD-LTE; interference analyzer

收稿日期：2014-10-28

文章编号1008-5599（2015）02-0029-06

文献标识码A

中图分类号TN929.5